李紅兵 甄延明 郭家秀

( 中國石油遼陽石化公司硝酸廠，遼寧 遼陽 111003)

1 前言

遼陽石化分公司硝酸廠11.6 萬噸/年稀硝酸裝置中，氨系統(tǒng)換熱器是保證持續(xù)供應(yīng)合格氣氨原料的關(guān)鍵設(shè)備。自裝置投產(chǎn)以來，換熱器在運行中頻繁發(fā)生泄漏，每次檢修完，換熱器的使用時間都達不到一個周期，嚴(yán)重制約著裝置的平穩(wěn)長周期運行。本文針對氨系統(tǒng)換熱器運行中出現(xiàn)的問題，對其工況及結(jié)構(gòu)、材質(zhì)進行了詳細的分析，并結(jié)合實際情況提出解決方案，說明改造效果。對同類裝置的平穩(wěn)長周期運行提供有價值的參考。

2 設(shè)備功能介紹及運行情況

2.1 氨蒸發(fā)器的功能及運行情況

氨蒸發(fā)器A/B 的作用是將罐區(qū)輸送來的液氨持續(xù)蒸，為裝置提供參數(shù)合格的氣氨，保證裝置的連續(xù)平穩(wěn)生產(chǎn)，其中約80%的液氨在A 臺蒸發(fā)器中，A 臺蒸發(fā)器所需熱源由閉路循環(huán)水從吸收塔冷卻器E113 吸收提供。剩余的液氨在B 臺蒸發(fā)器中利用循環(huán)冷卻水從高壓反應(yīng)水冷器E111 帶來的熱源蒸發(fā)。

氨蒸發(fā)器B(E101B)采用列管換熱器，殼層物料為液氨，管層物料為循環(huán)水，在運行過程中換熱器管板處由于腐蝕經(jīng)常出現(xiàn)泄漏，造成液氨進入循環(huán)水系統(tǒng)，影響循環(huán)水水質(zhì)和設(shè)備的穩(wěn)定運行。

2.2 氨輔助蒸發(fā)器的功能及運行情況

氨輔助蒸發(fā)器E102 的作用是將氨蒸發(fā)器間歇排出的油、水等雜質(zhì)進行收集，并用低壓蒸汽對含油、水的液氨進行加熱，溫度控制在60℃－90℃，以便將其中的液氨蒸發(fā)出來送入氨系統(tǒng)回收利用。

氨輔助蒸發(fā)器采用蛇管式換熱器，殼程為含油、水等雜質(zhì)的液氨，管程為低壓蒸汽。在運行過程中，換熱盤管集箱及集箱后總管經(jīng)常發(fā)生腐蝕泄漏現(xiàn)象，造成設(shè)備的頻繁檢修，影響裝置的平穩(wěn)運行。

2.3 蒸氨器的功能及運行情況

蒸氨器E116 的作用是將罐區(qū)輸送來的液氨蒸發(fā)為氣氨，送入氨還原反應(yīng)器K102，為尾氣的還原反應(yīng)提供所需的氣氨，來保證尾氣的還原質(zhì)量。

蒸氨器同樣采用蛇管式換熱器，殼程為少量液氨，管程為低壓蒸汽。在運行過程中，與E102 類似的出現(xiàn)換熱盤管集箱及集箱后總管經(jīng)常發(fā)生腐蝕泄漏現(xiàn)象，造成設(shè)備的頻繁檢修，影響裝置的平穩(wěn)運行。

2.4 排油罐的功能及運行情況

排油罐R109 的作用是將氨輔助蒸發(fā)器E102 排出的含少量液氨的油水混合物進行收集，利用環(huán)境溫度對其中的液氨進行蒸發(fā)，送入排空系統(tǒng)，以避免對進行排油操作的員工造成傷害。

在環(huán)境溫度較低時，由于罐內(nèi)沒有熱源，油水混合物中的液氨不能完全排出，油水中氨味較大且油水混合物處于粘稠狀態(tài)，對排油操作造成極大困難，現(xiàn)場采用外接耐熱橡膠管接引低壓蒸汽纏繞在罐體上的方法對罐進行加熱，加熱后的蒸汽直接外排，加熱一段時間后進行排油操作。

3 原因分析及設(shè)備改造

3.1 氨蒸發(fā)器B 的腐蝕分析及改造

原因分析:氨蒸發(fā)器E101B 管板及管束為10#鋼，長期處于含油水雜質(zhì)的液氨和循環(huán)水中，由于循環(huán)水采用敞開式循環(huán)，雖然有相應(yīng)的水處理措施，但是水中雜質(zhì)仍然較多，在管板及管束中極易堆積結(jié)垢，造成設(shè)備的垢下腐蝕較為嚴(yán)重;當(dāng)裝置中的成品酸冷卻器發(fā)生泄漏時，酸進入循環(huán)水系統(tǒng)，導(dǎo)致PH 下降，此時對蒸發(fā)器的腐蝕更為劇烈。在以上綜合工況下，蒸發(fā)器管板和管束極易被腐蝕而發(fā)生泄漏。

設(shè)備改造:304 不銹鋼是一種在空氣中或化學(xué)腐蝕介質(zhì)中能夠抵抗腐蝕的一種高合金鋼，將氨蒸發(fā)器B 管板及換熱管線由10#鋼改為含碳量較低的304 不銹鋼，提高其耐腐蝕能力，可杜絕腐蝕和泄漏的發(fā)生。改造前和改造后設(shè)備的運行效果如圖1 和圖2 所示。

圖1 改造前

圖2 改造后

3.2 氨輔助蒸發(fā)器及蒸氨器的腐蝕分析及改造

原因分析:氨輔助蒸發(fā)器E102、蒸氨器E116 內(nèi)部盤管材質(zhì)為20#鋼，盤管內(nèi)流經(jīng)的低壓蒸汽，當(dāng)?shù)蛪赫羝竭_盤管根部及集水箱時，由于冷卻形成水汽混合物，在高溫高壓下對管束的沖刷腐蝕非常嚴(yán)重。盤管的外表面長期處于含油水雜質(zhì)的液氨中，一般情況下，無水液氨只對鋼產(chǎn)生很輕微的均勻腐蝕。但氨輔助蒸發(fā)器為間歇操作，在操作過程中空氣中的氧和二氧化碳不可避免的要進入設(shè)備，促進氨對鋼的腐蝕，其反應(yīng)如下:

2NH3+CO2→NH4CO2NH2(氨基甲酸氨)

NH4CO2NH2→+CO2

O2+2NH+4+2Fe→2Fe+2+2OH－+2NH3［1］

反應(yīng)中的氨基甲酸氨對碳鋼有強烈的腐蝕作用，使鋼材表面的鈍化膜產(chǎn)生破裂，并在此產(chǎn)生陽極型電化學(xué)腐蝕。液氨對強度越高的鋼材產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋的傾向越大，由于焊縫處強度相對高且殘余應(yīng)力較高，所以應(yīng)力腐蝕非常嚴(yán)重。盤管與集水箱采用焊接方式連接，由于空間及盤管分布的限制，盤管與集水箱的連接點不能對稱分布，在焊接根部形成極大地局部裝配應(yīng)力，在運行過程中，極易發(fā)生脆裂裂紋而泄漏。

設(shè)備改造:304 不銹鋼較20#鋼含碳量低，強度相對低，且304 是一種在空氣中或化學(xué)腐蝕介質(zhì)中能夠抵抗腐蝕的一種高合金鋼，將氨輔助蒸發(fā)器E102、蒸氨器E116 內(nèi)部盤管材質(zhì)由原來的20#鋼改為含碳量較低的304 不銹鋼，并在盤管與集水箱焊接處增焊加強筋板，大大降低盤管集水箱焊口處的裝配應(yīng)力，從根源上緩解腐蝕，解決了由腐蝕和局部應(yīng)力造成的盤管頻繁泄漏問題，不但保證了裝置的平穩(wěn)運行，而且節(jié)約了設(shè)備的維修的成本。改造前和改造后設(shè)備的運行效果如圖3和圖4 所示。

圖3 改造前

圖4 改造后

3.3 排油罐的運行分析及改造

原因分析:排油罐R109 用耐熱膠皮管接引低壓蒸汽纏繞在罐外壁的加熱方法，對罐內(nèi)的液氨油水進行蒸發(fā)，浪費大量低壓蒸汽增加了能耗，同時水分蒸發(fā)比較徹底，造成剩余大部分油和雜質(zhì)粘稠度比較高，既不便于排放操作，又極易造成燙傷事故，究其原因是由于沒有適合的蒸發(fā)方法。

圖5 改造后

設(shè)備改造:考慮液氨油水的特性及排油操作的工作特點，將排油罐R109 由以前的空心罐改造為內(nèi)加換熱盤管，管束內(nèi)引裝置循環(huán)水，取替以前用耐熱膠皮管接引低壓蒸汽纏繞在罐外壁的加熱方法，對罐內(nèi)油水中的氨進行蒸發(fā)，蒸發(fā)熱源由循環(huán)水取代低壓蒸汽，溫度適中，不但節(jié)約能源，同時降低油水的粘稠度便于操作。改造后的設(shè)備如圖5 所示。

4 經(jīng)濟效益

通過對氨蒸發(fā)器E101B、氨輔助蒸發(fā)器E102、蒸氨器E116改造，解決了設(shè)備頻繁泄漏影響裝置平穩(wěn)運行的瓶頸問題，大大減少了備件消耗和人工費。每臺設(shè)備一年按4 次檢修，單臺單次檢修額外增加費用約為:吊裝費用按5000 元/臺班計，備件損耗按2000 元計，工藝處理能源消耗及其它費用按1000元計，全年可節(jié)約費用:(5000 +2000 +1000)×4 ×2 =6.4 萬元。

通過對排油罐R109 改造，節(jié)約低壓蒸汽用量，低壓蒸汽按138 元/噸計，消耗量按0.1 噸/小時，一年按5000 小時計，全年可節(jié)約費用:0.1 ×5000 ×138 =6.9 萬元。換熱器改造后全年可創(chuàng)效:6.4 +6.9 =13.3 萬元，且效保證了裝置的穩(wěn)定運行。

［1］http: //www.colossusgroup.com/dd/htm/C8_c.pdf［06 jan 2008］

［2］朱才，李靜主編.液氨對碳鋼及低合金鋼容器的應(yīng)力腐蝕.河南化機.1992